2.2.2动物细胞融合技术与单克隆抗体教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章　细胞工程 第2节　动物细胞工程 二 动物细胞融合技术与单克隆抗体 教学分析 · 教学目标 1.通过分析动物细胞融合的概念和生物学原理，探究动物细胞融合的常用技术方法，培养学生的科学探究能力和生命观念。 2.建构单克隆抗体制备的基本流程图，阐释单克隆抗体制备流程。（生命观念、科学思维） 3.通过分析单克隆抗体的特点及其在临床上的应用价值，培养学生的科学思维能力和社会责任感。 · 教学重难点 重点:建构单克隆抗体制备的基本流程图，阐释单克隆抗体制备流程。 难点:单克隆抗体制备过程中杂交瘤细胞的筛选原理。 · 教学方法 1.讲授法：讲解动物细胞融合的原理、方法，单克隆抗体的概念、制备过程等基础知识。 2.直观演示法：利用图片、动画、视频等多媒体手段，展示动物细胞融合和单克隆抗体制备的过程。 3.讨论法：组织学生围绕单克隆抗体的应用价值、生物技术的伦理问题等进行讨论。 4.探究法：引导学生设计实验方案，解决实际问题，例如利用单克隆抗体检测某种疾病。课时安排 1课时 · 教学准备 多媒体、白板、学案、PPT等。 课前任务：请学生搜集单克隆抗体在疾病检测中的应用和“生物导弹”——ADC的药物种类及其在医疗领域中的应用实例。 教学设计 导入新课 通过PPT展示课前让同学们搜集的资料： 资料1.AIDS、新型冠病毒抗原检测试剂盒及其检测原理：众所周知，正常情况下人体感染某种病毒以后，机体免疫系统会对该病毒作出识别，并反应性产生抗体，之后抗体可进一步与病毒抗原发生特异性结合，这种特异性结合在体外也可发生。AIDS、新型冠状病毒抗原检测试剂盒就是利用了抗体与抗原能发生特异性结合的原理来捕获特定抗原，进而初步判断有无新型冠状病毒感染，操作相对简单便捷，适合居家自测。 资料2.高效的细胞毒素类药物进行化疗可以有效杀伤肿瘤细胞，但细胞毒素没有特异性，在杀伤肿瘤细胞的同时还会对健康细胞造成伤害，这限制了它在临床上的应用。科学研究发现，将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，研发而成的抗体-药物偶联物（ADC），可有效实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。 通过上述资料，引导同学们认识到抗体在医疗领域中的某些特殊应用价值。同时，请同学们结合已有免疫学知识思考：如何获得针对某种抗原的特异性抗体？ 在同学们思考回答后，简要介绍传统抗体制备流程及其难以提纯的劣势，科学家们对通过体外培养B淋巴细胞来获取抗体的尝试及失败的原因。 复习回顾植物体细胞杂交技术的优势（打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，在培育植物新品种等方面展示出独特的优势）。可否参照此技术培育出集不同优势于一身的动物细胞，进而产生能够大量增殖且能产生特异性抗体的细胞呢？ (设计意图：结合免疫学和植物体细胞杂交的相关知识，由生活情境分析导入,引出本节课要解决的问题，既能激发学生的学习兴趣,又能引导学生深入了解主题，效果较好。) 过渡：PPT展示科学研究历程——19世纪30年代，科学家们相继在肺结核、天花、水痘、麻疹等疾病患者的病理组织中观察到多核细胞。1958年日本学者冈田(Okada)发现仙台病毒具有诱导动物细胞融合的效应。1962年，日本科学家发现日本血凝性病毒能引起艾氏腹水瘤细胞融合成多核细胞。1965年，英国科学家进一步证实了灭活的病毒在适当条件下也可以诱导动物细胞融合。 探究一、动物细胞融合技术 PPT展示动物细胞融合的流程示意图，学生阅读教材第48页“动物细胞融合技术”内容，并结合流程图独立思考以下问题。筛选 A细胞 B细胞 加入灭活病毒混合培养 A细胞群 B细胞群 X细胞群 克隆化培养 杂交细胞 1.融合之前为什么要先对目标细胞克隆化培养？ 2.动物细胞诱导融合常用的方法有哪些？ 3.在利用病毒诱导细胞融合时为什么要先灭活？灭活病毒诱导动物细胞融合的原理是什么？ 4.诱导融合后的细胞为什么还要经过筛选？ 5.科学实验发现，某些动物细胞融合形成杂交细胞后，虽然杂交细胞含有了两亲本细胞的遗传物质，但是却并未表现出预期的融合性状，试根据所学知识分析可能的原因。 学生独立思考后，组织进行小组交流并展示，教师予以点评补充。 （设计意图：通过结合动物细胞培养流程示意图，引导同学们带着问题阅读、整合教材基础知识，同时通过分析培养后筛选的目的，为下一环节单克隆抗体制备过程中的难点问题“为什么要进行两次筛选”做好铺垫。） 评价设计：教师展示学案【拓展应用】“动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较”表格的答案，小组成员互评，最后教师点评。教师点评环节重点突出动物细胞融合技术专用的融合方法及其结果和意义与植物体细胞杂交的区别。 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜流动性、植物细胞的全能性 细胞融合前的处理方法 诱导细胞融合的方法 结果 意义 探究二、单克隆抗体及其应用 PPT展示思考题，学生自主阅读教材第48~49页“单克隆抗体及其应用”及图2-16，思考并回答下列问题。 1.传统的给实验动物反复注射某种抗原后从血清中分离制得的抗体为什么纯度低、特异性差？ 2.米尔斯坦和科勒在制备单克隆抗体的过程中，向实验小鼠注射特定抗原后能否立即从其体内获取B淋巴细胞，为什么？ 3.米尔斯坦和科勒在制备单克隆抗体的过程中，向实验小鼠注射特定抗原时往往需要间隔一定时间多次注射，其原因是什么？ 4.结合课本图2-16和给定的资料，设计从融合细胞体系中筛选能产生所需特异性抗体的杂交瘤细胞的实验方案。 资料1：克隆选择学说认为：免疫系统中的B细胞和T细胞表面的特异性受体具有独特的抗原结合位点。当某一B细胞或T细胞的受体与抗原匹配时，该细胞会被激活。激活的细胞通过克隆扩增，产生大量具有相同抗原特异性的细胞。激活的B细胞分化为浆细胞，分泌大量特异性抗体。激活的T细胞分化为效应T细胞，直接攻击被感染的细胞或辅助其他免疫细胞。部分激活的B细胞和T细胞分化为记忆细胞，长期留存在体内。当再次遇到相同抗原时，记忆细胞能迅速启动更强的免疫反应。 资料2：多孔板培养法是将培养中的动物细胞稀释后，制成细胞悬液，接种到96孔板中，保证每个孔中的细胞能够独立生长和增殖。将96孔板放在CO2培养箱中培养，定期收集上清液用于特定分泌物检测，将检测呈阳性的孔内的细胞保留，并用培养液稀释至每孔约1个细胞，然后接种到新96孔板后继续进行上述操作，即可实现所需细胞的选择纯化和扩大化培养。 资料3：研究表明，细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。免疫的B淋巴细胞有这两种DNA的合成途径，但它不能分裂增殖，其本身也不能在体外长期存活。小鼠骨髓瘤细胞只有D途径，没有S途径，但它能不断分裂增殖，如果它的D途径被阻断，则会因不能合成DNA而死亡。 学生独立思考并完成后，教师组织进行小组交流，交流完成后小组展示，不同小组间相互补充，最后教师进行点评和补充： 问题1重点强调：传统抗体制备技术是从蛋白质种类极为复杂多样的血清中分离、提纯某种特异性的抗体，这对技术要求非常高，且分离得到的抗体产量低、纯度低、特异性差。 问题2、3重点强调：在从小鼠体内获取B淋巴细胞前，需要给小鼠多次注射抗原，以刺激小鼠的免疫系统，使其形成更多的能分泌特异性抗体的B淋巴细胞。 问题4为单克隆抗体制备过程中的难点问题，如果同学们思考和回答有困难，可以在探究一问题4的基础上给予同学们以下提示：筛选过程应该分两步，第一步是筛选杂交瘤细胞，由于诱导融合后产生的细胞并非都是杂交瘤细胞，因此需要用选择培养基筛选出杂交瘤细胞；第二步是筛选能分泌所需抗体的杂交瘤细胞，由于无法保证小鼠在实验前不接触其他抗原，因此从小鼠体内获取的B淋巴细胞的种类是多样化的，从而导致用选择性培养基筛选获得的杂交瘤细胞产生的抗体也是多样化的，故还需要通过抗体检测进行筛选。 在此基础上可进一步延伸讲解多孔板培养技术在分离纯化动物细胞上的应用。 （设计意图：通过精心设计问题，引导同学们将教材基础知识、给定的资料信息和教材流程图信息进行整合，在落实必备知识的同时进一步提升学生获取和加工信息的能力。） 评价设计：结合【拓展应用】问题回答情况，进行评价，参考标准如下 评价标准 成员1 成员2 成员3 成员4 成员5 A等8-10分：单克隆抗体优势特点分析全面准确，与临床应用对应分析逻辑严密。 B等4-8分：单克隆抗体优势特点分析全面，与临床应用分析基本对应。 C等0-4分：单克隆抗体优势特点能有分析但不全，与临床应用能基本对应。 评价反馈 结合当堂训练完成情况给予评价 课堂小结 教师用PPT展示学案背景材料及问题： 【材料】研究发现磷脂酰肌醇蛋白聚糖-3（GPC3）是一种细胞膜相关蛋白，其在肝癌细胞中高表达，而在正常肝组织中几乎不表达。因此，GPC3是单克隆抗体的理想靶点。 【问题】假设你是一家生物制药公司的研发人员，请结合本节课的学习内容，帮助公司设计开发一种新型单克隆抗体用于治疗肝癌。（要求尽可能完整的阐释研发流程） 利用该问题情境引导学生总结本节课相关知识，构建知识体系。 布置作业 完成课后练习（30分钟）。 教学反思 本节课的教学设计以学生探究为中心，注重学生的自主学习与合作探究。在课堂上教师采用了问题引导、情境分析等方式展开教学。在整个教学过程中，充分发挥学生学习的主动性，鼓励他们大胆去探究、主动地获取知识，打造高效课堂。反思整堂课，主要在以下几方面做得较好：(1)注重科学思维方式的教学，通过问题设计，引导学生运用教材相关素材、已有知识和给定资料解决现实生活情境中的实际问题。(2)课堂上通过开展学生探究讨论活动，激发了学生的学习热情。(3)通过学生的实地调研、资料整理、素材分析等多种策略，更加直观地帮助学生梳理相关知识，形成体系。 本堂课也有一些不足之处：课堂容量偏大，加上部分学生对免疫学相关知识理解不到位，某些问题分析起来有难度。如果多找些生活实例来强化学生对这部分内容的理解，学生掌握得会更好。 板书设计 第2节　动物细胞融合技术与单克隆抗体 一、动物细胞融合技术 1.概念：两个或多个细胞融合成一个细胞 2.诱导方法：PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法 3.应用：单克隆抗体制备 二、单克隆抗体及其应用 细胞选择→细胞培养→细胞融合→细胞筛选→细胞鉴定→扩大化培养 备课资源 单克隆抗体的研发历程 单克隆抗体的研发历史可以追溯到20世纪中期，以下是其发展的详细历程：  早期探索（20世纪初） 抗体发现：20世纪初，科学家发现动物在感染病原体后会产生特异性抗体，这些抗体能够识别并中和病原体。早期研究主要使用多克隆抗体，即由不同B细胞产生的抗体混合物，虽然有效，但存在批次间差异和特异性不足的问题。 理论基础（20世纪中期） 克隆选择学说：1957年，澳大利亚免疫学家弗兰克·麦克法兰·伯内特提出克隆选择学说，解释了抗体如何通过B细胞克隆产生，为单克隆抗体的研发奠定了理论基础。 技术突破（1975年） 杂交瘤技术：1975年，乔治·克勒和塞萨尔·米尔斯坦成功开发杂交瘤技术，通过将B细胞与骨髓瘤细胞融合，产生能够无限增殖并分泌单一抗体的杂交瘤细胞，标志着单克隆抗体技术的诞生。这一突破性成果使克勒和米尔斯坦在1984年获得诺贝尔生理学或医学奖。 初步应用（20世纪80年代） 首个单抗药物：1986年，美国FDA批准首个单克隆抗体药物Orthoclone OKT3用于预防肾移植后的排斥反应，尽管存在副作用，但开启了单抗治疗的新时代。伴随着转基因技术的兴起，科学家开始通过基因工程改造抗体，减少免疫原性并提高疗效。 技术进步（20世纪90年代） 人源化抗体：20世纪90年代，人源化抗体技术出现，通过将鼠源抗体的可变区与人源抗体的恒定区结合，降低了免疫原性。 治疗性单抗：1997年，首个治疗性单抗Rituxan（利妥昔单抗）获批，用于治疗非霍奇金淋巴瘤，标志着单抗在癌症治疗中的成功应用。 快速发展（21世纪初） 全人源抗体：2002年，首个全人源单抗Humira（阿达木单抗）获批，用于治疗类风湿性关节炎，进一步减少了免疫原性。 广泛应用：单抗在癌症、自身免疫病、感染性疾病等领域得到广泛应用，成为生物制药的重要组成部分。 双特异性抗体：双特异性抗体能够同时结合两个不同抗原，增强了治疗效果。 抗体偶联药物（ADC）：将抗体与细胞毒性类药物结合，提高了抗癌药物的靶向性和疗效。 免疫检查点抑制剂：如PD-1/PD-L1抗体，在癌症免疫治疗中取得显著成果。 新冠治疗：单抗在COVID-19治疗中也发挥了重要作用，如再生元制药公司研发的REGEN-COV抗体组合。 新技术：CRISPR基因编辑和人工智能等技术将进一步推动单抗研发。 新应用：单抗在神经退行性疾病、心血管疾病等领域的应用潜力巨大。 单克隆抗体的研发经历了从理论到技术突破，再到广泛应用的过程，现已成为现代医学的重要工具，未来有望在更多疾病治疗中发挥关键作用。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$